ความแตกต่างระหว่างมวลและน้ำหนักคืออะไร มวลกายและน้ำหนัก
ฉันมักจะเจอความจริงที่ว่าผู้คนไม่เข้าใจความแตกต่างระหว่างน้ำหนักและมวล โดยทั่วไปสิ่งนี้เป็นสิ่งที่เข้าใจได้ เนื่องจากเราใช้เวลาทั้งชีวิตในสนามโน้มถ่วงที่ไม่สิ้นสุดของโลก และปริมาณเหล่านี้เชื่อมโยงกันตลอดเวลาสำหรับเรา และการเชื่อมต่อนี้ยังได้รับการเสริมทางภาษาด้วยความจริงที่ว่าเราค้นหามวลด้วยความช่วยเหลือของตาชั่ง "ชั่งน้ำหนัก" ตัวเราเองหรือพูดอาหารในร้านค้า
แต่เรายังคงพยายามที่จะแก้ให้หายยุ่งกับแนวคิดเหล่านี้
เราจะไม่ลงรายละเอียดปลีกย่อย (เช่น g ที่แตกต่างกันในสถานที่ต่างๆ บนโลก และอื่นๆ) ฉันต้องการทราบว่าทั้งหมดนี้รวมอยู่ในหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียนแล้ว ดังนั้นหากคุณเข้าใจสิ่งต่อไปนี้ทั้งหมดอย่าสาบานกับผู้ที่ไม่เข้าใจสิ่งเหล่านี้และในเวลาเดียวกันกับผู้ที่ตัดสินใจ เพื่ออธิบายเรื่องนี้เป็นครั้งที่ร้อย) ฉันหวังว่าจะมีคนที่บันทึกนี้จะช่วยเสริมความเข้าใจในโลกรอบตัวพวกเขา
ไปกันเลย มวลของร่างกายเป็นการวัดความเฉื่อยของมัน นั่นคือการวัดความยากในการเปลี่ยนความเร็วของร่างกายนี้ในขนาด (เร่งหรือลดความเร็ว) หรือในทิศทาง ในระบบ SI มีหน่วยวัดเป็นกิโลกรัม (kg) มักจะแสดงด้วยตัวอักษร ม. มันเป็นตัวแปรที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ไม่ว่าจะบนโลกหรือในอวกาศ
แรงโน้มถ่วงวัดเป็นหน่วย SI ในหน่วยนิวตัน (N) นี่คือพลังที่โลกดึงดูดร่างกายและ เท่ากับสินค้าม*ก. ค่าสัมประสิทธิ์ g คือ 10 m/s2 เรียกว่าความเร่งของแรงโน้มถ่วง ด้วยความเร่งนี้ร่างกายเริ่มเคลื่อนไหวโดยสัมพันธ์กัน พื้นผิวโลกขาดการสนับสนุน (โดยเฉพาะหากร่างกายเริ่มต้นจากสถานะหยุดนิ่ง ความเร็วจะเพิ่มขึ้น 10 เมตรต่อวินาที)
ตอนนี้ให้พิจารณาร่างที่มีมวล m นอนนิ่งอยู่บนโต๊ะ ถ้าให้เจาะจง ให้มวลเป็น 1 กิโลกรัม วัตถุนี้ถูกกระทำในแนวตั้งลงในแนวตั้งด้วยแรงโน้มถ่วง mg (แนวตั้งนั้นถูกกำหนดอย่างแม่นยำโดยทิศทางของแรงโน้มถ่วง) เท่ากับ 10 N. V ระบบทางเทคนิคหน่วยของแรงนี้เรียกว่าแรงกิโลกรัม (kgf)
ตารางไม่อนุญาตให้ร่างกายของเราเร่งความเร็วโดยกระทำกับมันด้วยแรง N พุ่งขึ้นในแนวตั้ง (การดึงแรงนี้จากโต๊ะนั้นถูกต้องมากกว่า แต่เพื่อไม่ให้เส้นทับซ้อนกันฉันจะวาดจากศูนย์กลางของ ร่างกาย):
N เรียกว่าแรงปฏิกิริยารองรับ ซึ่งช่วยรักษาสมดุลของแรงโน้มถ่วง (ในกรณีนี้มีขนาดเท่ากับ 10 นิวตันเท่ากัน) เพื่อให้แรงลัพธ์ F (ผลรวมของแรงทั้งหมด) เท่ากับศูนย์: F = mg - N = 0.
และเราเห็นว่าแรงมีความสมดุลจากกฎข้อที่สองของนิวตัน F = m*a ซึ่งถ้าความเร่งของร่างกาย a เป็นศูนย์ (นั่นคือ แรงนั้นอยู่นิ่งอย่างในกรณีของเรา หรือเคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง) แล้วแรงลัพธ์ F ก็เป็นศูนย์เช่นกัน
ในที่สุดเราก็บอกได้ว่าน้ำหนักคืออะไร - นี่คือแรงที่ร่างกายกระทำบนขาตั้งหรือช่วงล่าง ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน แรงนี้อยู่ตรงข้ามกับแรง N และมีค่าเท่ากับแรงนั้นในค่าสัมบูรณ์ นั่นคือในกรณีนี้จะเท่ากับ 10 N = 1 kgf สำหรับคุณแล้วดูเหมือนว่าทั้งหมดนี้ซับซ้อนโดยไม่จำเป็นและคุณควรจะพูดทันทีว่าน้ำหนักและแรงโน้มถ่วงเป็นสิ่งเดียวกันใช่ไหม ท้ายที่สุดแล้วพวกมันเกิดขึ้นพร้อมกันทั้งในทิศทางและขนาด
ไม่ จริงๆ แล้วมีความแตกต่างกันอย่างมาก แรงโน้มถ่วงกระทำอย่างต่อเนื่อง น้ำหนักเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับความเร่งของร่างกาย ลองยกตัวอย่าง
1. คุณสตาร์ทด้วยลิฟต์ความเร็วสูง (ความเร็วสูงเพื่อให้ระยะการเร่งความเร็วน่าประทับใจ/สังเกตได้ชัดเจนยิ่งขึ้น) มวลของคุณคือ 70 กิโลกรัม (คุณสามารถคำนวณตัวเลขด้านล่างทั้งหมดสำหรับมวลของคุณใหม่ได้) น้ำหนักของคุณในลิฟต์แบบอยู่กับที่ (ก่อนสตาร์ท) คือ 700 N (หรือ 70 kgf) ในขณะที่เร่งความเร็วขึ้น แรง F ที่เกิดขึ้นจะพุ่งขึ้นด้านบน (ซึ่งสิ่งนี้จะทำให้คุณเร่งความเร็วขึ้น) แรงปฏิกิริยา N จะเกินแรงโน้มถ่วง mg และเนื่องจากน้ำหนักของคุณ (แรงที่คุณกระทำบนพื้นของ ลิฟต์) เกิดขึ้นพร้อมกันในค่าสัมบูรณ์กับ N คุณจะพบกับสิ่งที่เรียกว่าโอเวอร์โหลด หากลิฟต์เร่งความเร็วด้วยความเร่ง g คุณจะพบกับน้ำหนัก 140 kgf ซึ่งก็คือแรง g เท่ากับ 2 กรัม หรือ 2 เท่าของน้ำหนักขณะพัก ในความเป็นจริง ในการทำงานปกติ การโอเวอร์โหลดดังกล่าวจะไม่เกิดขึ้นในลิฟต์ โดยปกติแล้ว ความเร่งจะไม่เกิน 1 m/s2 ซึ่งทำให้เกิดการโอเวอร์โหลดเพียง 1.1 กรัม น้ำหนักในกรณีของเราจะอยู่ที่ 77 กิโลกรัม เมื่อลิฟต์เร่งความเร็วไปถึง ความเร็วที่ต้องการความเร่งเป็นศูนย์ น้ำหนักจะกลับคืนสู่ค่าตั้งต้น 70 กิโลกรัมเอฟ เมื่อลดความเร็วลง ในทางกลับกัน น้ำหนักจะลดลง และถ้าความเร่งในค่าสัมบูรณ์คือ 1 m/s2 น้ำหนักเกินจะเท่ากับ 0.9 กรัม เมื่อขับรถเข้ามา ด้านหลัง(ลง) สถานการณ์กลับกัน: เมื่อเร่งความเร็วน้ำหนักจะลดลงในส่วนที่สม่ำเสมอน้ำหนักจะกลับคืนมาเมื่อชะลอตัวน้ำหนักจะเพิ่มขึ้น
2. คุณกำลังวิ่งและน้ำหนักขณะพักยังคงอยู่ที่ 70 กก. ในขณะที่วิ่ง เมื่อคุณดันตัวออกจากพื้น น้ำหนักของคุณจะเกิน 70 กก. และในขณะที่คุณกำลังบิน (ขาข้างหนึ่งหลุดจากพื้น อีกข้างยังไม่ได้สัมผัส) น้ำหนักของคุณจะเป็นศูนย์ (เนื่องจากคุณไม่ได้ส่งผลต่อขาตั้งหรือไม้กันสั่น) นี่คือภาวะไร้น้ำหนัก จริงอยู่มันค่อนข้างสั้น ดังนั้นการวิ่งจึงเป็นการสลับระหว่างการโอเวอร์โหลดและการไร้น้ำหนัก
ฉันขอเตือนคุณว่าแรงโน้มถ่วงในตัวอย่างนี้ไม่ได้หายไป ไม่เปลี่ยนแปลง และเป็น 70 กิโลกรัม f = 700 นิวตันที่ “หามาได้ยาก” ของคุณ
ทีนี้มาขยายระยะระยะไร้น้ำหนักให้ยาวขึ้น: ลองจินตนาการว่าคุณอยู่บน ISS (สถานีอวกาศนานาชาติ) ในเวลาเดียวกัน เรายังไม่ได้กำจัดแรงโน้มถ่วง - มันยังคงกระทำต่อคุณ - แต่เนื่องจากทั้งคุณและสถานีอยู่ในการเคลื่อนที่ในวงโคจรเดียวกัน คุณจึงไม่มีน้ำหนักเมื่อเทียบกับ ISS คุณสามารถจินตนาการตัวเองได้ทุกที่ใน นอกโลกแค่ ISS ก็สมจริงกว่านี้อีกหน่อย)
ปฏิสัมพันธ์ของคุณกับวัตถุจะเป็นอย่างไร? มวลของคุณคือ 70 กก. คุณถือวัตถุที่มีน้ำหนัก 1 กก. ไว้ในมือแล้วโยนทิ้งไปจากคุณ ตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม วัตถุขนาด 1 กิโลกรัมจะได้รับความเร็วหลัก เนื่องจากมีมวลน้อยกว่า และการขว้างจะอยู่ที่ประมาณ "แสง" เช่นเดียวกับบนโลก แต่ถ้าคุณพยายามผลักวัตถุที่มีน้ำหนัก 1,000 กิโลกรัมออกไป คุณจะผลักตัวเองออกไปจากวัตถุนั้นจริงๆ เนื่องจากในกรณีนี้ ตัวคุณเองจะได้รับความเร็วหลัก และเพื่อเร่งความเร็ว 70 กิโลกรัม คุณจะต้องพัฒนา ความแข็งแกร่งมากขึ้น- หากต้องการจินตนาการคร่าวๆ ว่าเป็นอย่างไร คุณสามารถขึ้นไปบนกำแพงแล้วดันออกจากกำแพงด้วยมือได้
ตอนนี้คุณได้ออกจากสถานีไปสู่อวกาศแล้วและต้องการจัดการบางส่วน วัตถุขนาดใหญ่- ให้มวลมันเป็นห้าตัน
พูดตามตรง ฉันจะระมัดระวังอย่างมากในการจัดการกับวัตถุน้ำหนักห้าตัน ใช่ ความไร้น้ำหนัก และทั้งหมดนั้น แต่ความเร็วเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับ ISS ก็เพียงพอที่จะกดนิ้วของคุณหรืออะไรที่ร้ายแรงกว่านี้ได้ ห้าตันนี้เคลื่อนย้ายได้ยาก: เพื่อเร่งความเร็วเพื่อหยุด
และฉันไม่ต้องการที่จะจินตนาการระหว่างวัตถุสองชิ้นที่มีน้ำหนัก 100 ตันตามที่มีคนแนะนำ การเคลื่อนไหวที่กำลังจะมาถึงเพียงเล็กน้อยจากพวกเขาและพวกเขาจะบดขยี้คุณอย่างง่ายดาย สมบูรณ์ มีลักษณะเฉพาะ ไร้น้ำหนัก)
และสุดท้าย หากคุณบินไปรอบๆ ISS อย่างมีความสุขแล้วชนกำแพง/กำแพง คุณจะเจ็บแบบเดียวกับที่คุณวิ่งด้วยความเร็วเท่ากันแล้วชนกำแพง/วงกบในอพาร์ตเมนต์ของคุณ เนื่องจากการกระแทกทำให้ความเร็วของคุณลดลง (นั่นคือ มันให้ความเร่งติดลบ) และมวลของคุณก็จะเท่ากันในทั้งสองกรณี ซึ่งหมายความว่าตามกฎข้อที่สองของนิวตัน อิทธิพลจะเป็นสัดส่วน
ฉันดีใจที่ในภาพยนตร์เกี่ยวกับอวกาศ ("Gravity", "Interstellar", ซีรีส์ "The Expanse") มีความสมจริงมากขึ้นเรื่อยๆ (แม้ว่าจะไม่ใช่ไม่มีข้อบกพร่องเหมือนที่ George Clooney บินหนีจาก Sandra Bullock อย่างสิ้นหวังก็ตาม) พวกเขาแสดงสิ่งพื้นฐานที่อธิบายไว้ใน โพสต์นี้
ผมขอสรุป. มวลนั้น "ไม่สามารถแบ่งแยก" จากวัตถุได้ หากวัตถุเร่งความเร็วบนโลกได้ยาก (โดยเฉพาะถ้าคุณพยายามลดแรงเสียดทาน) การเร่งความเร็วในอวกาศก็ยากพอๆ กัน สำหรับตาชั่ง เมื่อคุณยืนบนตาชั่ง เครื่องชั่งเพียงแต่วัดแรงที่ถูกบีบอัด และเพื่อความสะดวก จะแสดงแรงนี้ไม่ใช่นิวตัน แต่เป็นหน่วย กิโลกรัมเอฟ เพื่อความสะดวก โดยไม่ต้องเติมตัวอักษร "s" เพื่อไม่ให้คุณสับสน)
แนวคิดที่เราคุ้นเคยตั้งแต่นั้นมา วัยเด็ก, - น้ำหนัก. แต่ในหลักสูตรฟิสิกส์ ก็ยังมีปัญหาบางประการที่เกี่ยวข้องกับการเรียน จึงต้องกำหนดให้ชัดเจนว่าจะรับรู้ได้อย่างไร? แล้วทำไมน้ำหนักไม่เท่ากันล่ะ?
การกำหนดมวล
ความหมายทางวิทยาศาสตร์ตามธรรมชาติของค่านี้คือเป็นตัวกำหนดปริมาณของสารที่มีอยู่ในร่างกาย เพื่อแสดงว่ามันเป็นธรรมเนียมที่จะใช้ อักษรละตินม. หน่วยวัดใน ระบบมาตรฐานคือกิโลกรัม ในงานและ ชีวิตประจำวันมักใช้สิ่งที่ไม่ใช่ระบบ: กรัมและตัน
ใน หลักสูตรของโรงเรียนนักฟิสิกส์ตอบคำถามว่า "มวลคืออะไร" ให้ไว้เมื่อศึกษาปรากฏการณ์ความเฉื่อย จากนั้นจึงถูกกำหนดให้เป็นความสามารถของร่างกายในการต้านทานการเปลี่ยนแปลงความเร็วของการเคลื่อนไหว ดังนั้นมวลจึงเรียกว่าเฉื่อย
น้ำหนักคืออะไร?
อย่างแรก นี่คือแรง นั่นคือเวกเตอร์ มวลคือน้ำหนักสเกลาร์ที่ติดอยู่กับส่วนรองรับหรือช่วงล่างเสมอ และมุ่งไปในทิศทางเดียวกับแรงโน้มถ่วง กล่าวคือ เคลื่อนลงในแนวตั้ง
สูตรการคำนวณน้ำหนักขึ้นอยู่กับว่าส่วนรองรับ (ช่วงล่าง) เคลื่อนที่หรือไม่ เมื่อระบบหยุดนิ่ง จะใช้นิพจน์ต่อไปนี้:
P = ม. * ก.โดยที่ P (ในภาษาอังกฤษใช้ตัวอักษร W) คือน้ำหนักของร่างกาย g คือความเร่งของแรงโน้มถ่วง สำหรับพื้นโลก โดยทั่วไปจะใช้ g เท่ากับ 9.8 m/s 2
จากนี้ จะได้สูตรมวลได้ดังนี้ ม. = พี / ก.
เมื่อเคลื่อนที่ลง กล่าวคือ ในทิศทางของน้ำหนัก ค่าของมันจะลดลง ดังนั้นสูตรจึงอยู่ในรูปแบบ:
P = ม. (ก - ก)โดยที่ “a” คือความเร่งของระบบ
นั่นคือหากความเร่งทั้งสองนี้เท่ากัน จะสังเกตสภาวะไร้น้ำหนักเมื่อน้ำหนักของร่างกายเป็นศูนย์
เมื่อร่างกายเริ่มขยับขึ้น เราพูดถึงน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น ในสถานการณ์นี้ เกิดสภาวะการโอเวอร์โหลด เนื่องจากน้ำหนักตัวเพิ่มขึ้นและสูตรจะมีลักษณะดังนี้:
P = ม. (ก + ก)
มวลสัมพันธ์กับความหนาแน่นอย่างไร?
สารละลาย. 800 กก./ลบ.ม. หากต้องการใช้สูตรที่ทราบอยู่แล้ว คุณจำเป็นต้องทราบปริมาตรของจุดนั้น มันง่ายที่จะคำนวณหากคุณใช้จุดนั้นเป็นทรงกระบอก จากนั้นสูตรปริมาตรจะเป็น:
วี = π * ร 2 * ชม.
นอกจากนี้ r คือรัศมี และ h คือความสูงของทรงกระบอก จากนั้นปริมาตรจะเท่ากับ 668794.88 m 3 ตอนนี้คุณสามารถนับมวลได้แล้ว มันจะออกมาดังนี้: 535034904 กก.
คำตอบ: มวลน้ำมันประมาณ 535036 ตัน
ภารกิจที่ 5สภาพ: ความยาวสายโทรศัพท์ที่ยาวที่สุดคือ 15151 กม. มวลของทองแดงที่นำไปใช้ในการผลิตเป็นเท่าใดหากหน้าตัดของสายไฟคือ 7.3 ซม. 2?
สารละลาย. ความหนาแน่นของทองแดงคือ 8900 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ปริมาตรหาได้จากสูตรที่ประกอบด้วยผลคูณของพื้นที่ฐานและความสูง (นี่คือความยาวของสายเคเบิล) ของทรงกระบอก แต่ก่อนอื่นคุณต้องแปลงพื้นที่นี้เป็นตารางเมตร นั่นคือหารตัวเลขนี้ด้วย 10,000 หลังจากคำนวณแล้วปรากฎว่าปริมาตรของสายเคเบิลทั้งหมดอยู่ที่ประมาณ 11,000 ม. 3
ตอนนี้คุณต้องคูณค่าความหนาแน่นและปริมาตรเพื่อดูว่ามวลเท่ากับเท่าใด ผลลัพธ์ที่ได้คือเลข 97900000กก.
คำตอบ: มวลของทองแดงคือ 97900 ตัน
อีกปัญหาหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับมวล
ภารกิจที่ 6สภาพ: เทียนที่ใหญ่ที่สุด หนัก 89867 กก. มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.59 ม. สูงเท่าไร?
สารละลาย. ความหนาแน่นของขี้ผึ้งคือ 700 กก./ลบ.ม. จะต้องหาความสูงได้จาก นั่นคือ ต้องหาร V ด้วยผลคูณของ π และกำลังสองของรัศมี
และปริมาตรนั้นคำนวณโดยมวลและความหนาแน่น ปรากฎว่าเท่ากับ 128.38 ม. 3 ส่วนสูง 24.38 ม.
ตอบ ความสูงของเทียน 24.38 ม.
แรงโน้มถ่วงและน้ำหนักเป็นสองแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับทฤษฎีสนามโน้มถ่วงของฟิสิกส์ แนวคิดทั้งสองนี้มักถูกตีความผิดและใช้ในบริบทที่ไม่ถูกต้อง สถานการณ์นี้รุนแรงขึ้นจากความจริงที่ว่าในระดับปกติแนวคิดเรื่องมวล (คุณสมบัติของสสาร) และน้ำหนักก็ถูกมองว่าเป็นสิ่งที่เหมือนกันเช่นกัน นี่คือเหตุผลว่าทำไมความเข้าใจที่ถูกต้องเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงและน้ำหนักจึงมีความสำคัญสำหรับวิทยาศาสตร์ บ่อยครั้งที่แนวคิดทั้งสองที่เกือบจะคล้ายกันนี้ถูกใช้สลับกัน บทความนี้จะให้ภาพรวมของแนวคิดพื้นฐาน ลักษณะที่ปรากฏ กรณีพิเศษ ความเหมือน และสุดท้ายคือความแตกต่าง
การวิเคราะห์แนวคิดพื้นฐาน:
แรงที่มุ่งตรงไปยังวัตถุจากดาวเคราะห์โลกหรือจากดาวเคราะห์ดวงอื่นในจักรวาล (วัตถุทางดาราศาสตร์ใดๆ ในความหมายกว้างๆ) คือพลังแห่งแรงโน้มถ่วง แรงคือการแสดงให้เห็นพลังแห่งแรงโน้มถ่วงที่สังเกตได้ แสดงเป็นตัวเลขโดยสมการ Fheavy=มก. (g=9.8m/s2).
แรงนี้ถูกนำไปใช้กับแต่ละอนุภาคขนาดเล็กของร่างกาย ในระดับมหภาค ซึ่งหมายความว่ามันถูกนำไปใช้กับจุดศูนย์ถ่วงของวัตถุที่กำหนด เนื่องจากแรงที่กระทำต่อแต่ละอนุภาคสามารถถูกแทนที่ด้วยผลลัพธ์ของแรงเหล่านี้ แรงนี้เป็นแรงเวกเตอร์ที่พุ่งเข้าหาศูนย์กลางมวลของโลกเสมอ ในทางกลับกัน Ft สามารถแสดงในรูปของแรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุทั้งสอง ซึ่งโดยปกติจะมีมวลต่างกัน การเชื่อมต่อตามสัดส่วนผกผันจะถูกสังเกตด้วยช่วงเวลาระหว่างการโต้ตอบกับวัตถุในรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส (ตามสูตรของนิวตัน)
ในกรณีวัตถุอยู่บนเครื่องบิน จะเป็นช่องว่างระหว่างวัตถุกับจุดศูนย์กลางมวลของโลกซึ่งก็คือรัศมี (R) ขึ้นอยู่กับความสูงของวัตถุเหนือพื้นผิว Fstrand และ g เปลี่ยนแปลงเมื่อช่องว่างระหว่างวัตถุที่เชื่อมต่อเพิ่มขึ้นตามลำดับ (R+h) โดยที่ h แสดงความสูงเหนือพื้นผิว จากนี้ไปยิ่งวัตถุอยู่สูงเหนือระดับโลก แรงโน้มถ่วงก็จะยิ่งต่ำลงและค่า g ก็จะยิ่งต่ำลง
น้ำหนักตัว ลักษณะ เปรียบเทียบกับแรงโน้มถ่วง
แรงที่ร่างกายกระทำต่อสิ่งรองรับหรือระบบกันสะเทือนในแนวตั้งเรียกว่าน้ำหนักตัว (ญ)- นี่คือเวกเตอร์ ปริมาณทิศทาง อะตอม (หรือโมเลกุล) ของร่างกายถูกผลักออกจากอนุภาคของฐาน ส่งผลให้เกิดการเสียรูปบางส่วนของทั้งส่วนรองรับและวัตถุ แรงยืดหยุ่นเกิดขึ้น และในบางกรณี รูปร่างของร่างกายและการรองรับในระดับมหภาค เปลี่ยนแปลงเล็กน้อย แรงปฏิกิริยารองรับเกิดขึ้น ในทางกลับกัน แรงยืดหยุ่นก็เกิดขึ้นบนพื้นผิวของร่างกายเพื่อตอบสนองต่อปฏิกิริยารองรับ ซึ่งก็คือน้ำหนัก น้ำหนักตัว (W) อยู่ตรงข้ามกับแรงปฏิกิริยาพื้นดินในเชิงเวกเตอร์
กรณีพิเศษ ทุกคนจะปฏิบัติตามความเท่าเทียมกัน W= ม(ก-ก):
ขาตั้งอยู่กับที่ในกรณีของวัตถุบนโต๊ะ หรือเคลื่อนที่สม่ำเสมอด้วยความเร็วคงที่ (a = 0) ในกรณีนี้ W = F หนัก
ถ้าส่วนรองรับเร่งความเร็วลง ร่างกายก็เร่งลงด้วย ดังนั้น W จะน้อยกว่า Fweight และน้ำหนักจะเป็นศูนย์โดยสมบูรณ์หากความเร่งเท่ากับความเร่งของการตกอย่างอิสระ (ที่ g=a, W=0)ในกรณีนี้ จะแสดงอาการไร้น้ำหนัก ส่วนรองรับเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง g ดังนั้นจึงไม่มีความเครียดและการเสียรูปต่างๆ จากแรงสัมผัสทางกลที่ใช้ภายนอก การไร้น้ำหนักสามารถทำได้โดยการวางวัตถุไว้ที่จุดที่เป็นกลางระหว่างมวลความโน้มถ่วงที่เหมือนกันสองก้อน หรือโดยการเคลื่อนวัตถุออกจากแหล่งกำเนิดแรงโน้มถ่วง
สนามโน้มถ่วงที่เป็นเนื้อเดียวกันโดยธรรมชาติแล้วไม่สามารถทำให้เกิด "ความเครียด" ในร่างกายได้ เช่นเดียวกับที่วัตถุที่เคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง F จะไม่รู้สึกถึงความเร่งจากแรงโน้มถ่วง และยังคงเป็นร่างกายที่ "ปราศจากความเครียด" ไร้น้ำหนัก ใกล้กับสนามที่ไม่เหมือนกัน (วัตถุทางดาราศาสตร์ขนาดใหญ่) วัตถุที่ตกลงมาอย่างอิสระจะรู้สึกถึงแรงขึ้นน้ำลงต่างๆ และปรากฏการณ์ไร้น้ำหนักจะหายไปเนื่องจากส่วนต่างๆ ของร่างกายจะเร่งความเร็วไม่สม่ำเสมอและเปลี่ยนรูปร่าง
ยืนโดยให้ร่างกายเคลื่อนตัวขึ้น- แรงที่เท่ากันทั้งหมดจะถูกพุ่งขึ้น ดังนั้น ปฏิกิริยา F ของแนวรับจะมากกว่า Fweight และ W จะมากกว่า Fweight และสถานะนี้เรียกว่าโอเวอร์โหลด Overload factor (K) - น้ำหนักมากกว่า Fheavy กี่เท่า ค่านี้จะถูกนำมาพิจารณา เช่น เมื่อบินไปในอวกาศและ การบินทหารเนื่องจากส่วนใหญ่อยู่ในพื้นที่เหล่านี้จึงสามารถบรรลุความเร็วที่สำคัญได้
การโอเวอร์โหลดจะเพิ่มภาระให้กับอวัยวะต่างๆ ของมนุษย์ โดยเฉพาะระบบกล้ามเนื้อและกระดูกและหัวใจจะรับภาระหนักที่สุด เนื่องจากน้ำหนักเลือดที่เพิ่มขึ้นและ อวัยวะภายใน- การโอเวอร์โหลดยังเป็นปริมาณทิศทางและความเข้มข้นของมันในทิศทางที่แน่นอนสำหรับร่างกายจะต้องนำมาพิจารณาด้วย (เลือดไหลไปที่ขาหรือไปที่ศีรษะ ฯลฯ ) การโอเวอร์โหลดที่อนุญาตได้ถึงค่า K ไม่เกินสิบ
ความแตกต่างที่สำคัญ
- แรงเหล่านี้ถูกนำไปใช้กับ "พื้นที่" ที่ไม่เท่ากัน แรงตึง F ใช้กับจุดศูนย์ถ่วงของวัตถุ และใช้น้ำหนักกับส่วนรองรับหรือช่วงล่าง
- ความแตกต่างอยู่ที่ นิติบุคคลทางกายภาพ: แรงโน้มถ่วงเป็นแรงโน้มถ่วง ในขณะที่น้ำหนักมีลักษณะเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยพื้นฐานแล้ว ร่างกายที่ไม่อยู่ภายใต้การเสียรูปจากแรงภายนอกจะอยู่ในสภาพไร้น้ำหนัก
- Ft และ W อาจแตกต่างกันทั้งในด้านปริมาณและทิศทาง ถ้าความเร่งของร่างกายไม่เป็นศูนย์ ดังนั้น W ของร่างกายจะมากกว่าหรือน้อยกว่าแรงโน้มถ่วง ดังเช่นในกรณีข้างต้น (หากมุ่งไปที่ความเร่ง ที่มุมหนึ่ง จากนั้น W จะมุ่งหน้าสู่ความเร่ง)
- น้ำหนักตัวและแรงโน้มถ่วงที่ขั้วและเส้นศูนย์สูตรของดาวเคราะห์ ที่ขั้ว วัตถุที่อยู่บนพื้นผิวเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง a = 0 เนื่องจากวัตถุอยู่บนแกนการหมุน ดังนั้น F และ W จะตรงกัน ที่เส้นศูนย์สูตร เมื่อคำนึงถึงการหมุนจากตะวันตกไปตะวันออก ร่างกายจะพบกับความเร่งสู่ศูนย์กลาง และจุดรวมศูนย์ของแรงทั้งหมดตามกฎของนิวตัน จะมุ่งตรงไปยังศูนย์กลางของดาวเคราะห์ในทิศทางของความเร่ง ตรงข้ามกับแรงโน้มถ่วง แรงปฏิกิริยาของส่วนรองรับจะมุ่งตรงไปยังจุดศูนย์กลางของโลก แต่จะน้อยกว่า Fheavy และน้ำหนักของร่างกายจะน้อยกว่า Fheavy ตามลำดับ
บทสรุป
ในศตวรรษที่ 20 แนวคิดเรื่องอวกาศและเวลาสัมบูรณ์ถูกท้าทาย วิธีสัมพัทธภาพไม่เพียงแต่วางผู้สังเกตการณ์ทุกคนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเคลื่อนไหวหรือการเร่งความเร็วบนพื้นฐานสัมพัทธ์เดียวกัน สิ่งนี้ทำให้เกิดความสับสนว่าแรงโน้มถ่วงและน้ำหนักหมายถึงอะไรกันแน่ ตัวอย่างเช่น สเกลในลิฟต์ที่มีการเร่งความเร็ว ไม่สามารถแยกความแตกต่างจากสเกลในสนามโน้มถ่วงได้
แรงโน้มถ่วงและน้ำหนักจึงขึ้นอยู่กับการสังเกตและผู้สังเกตเป็นหลัก สิ่งนี้ทำให้แนวคิดนี้ถูกละทิ้งเนื่องจากไม่จำเป็นในสาขาวิชาพื้นฐานเช่นฟิสิกส์และเคมี อย่างไรก็ตาม การเป็นตัวแทนยังคงมีความสำคัญในการสอนฟิสิกส์ ความกำกวมที่เกิดจากทฤษฎีสัมพัทธภาพนำไปสู่การอภิปรายเกี่ยวกับวิธีการนิยามน้ำหนัก โดยเลือกระหว่างคำจำกัดความที่ระบุ: แรงเนื่องจากแรงโน้มถ่วง หรือคำจำกัดความเชิงปฏิบัติการ ซึ่งกำหนดโดยตรงโดยการชั่งน้ำหนัก
มวลและน้ำหนัก น้ำหนักและมวล อาจเป็นไปได้ว่าบ่อยครั้งที่มีการเปรียบเทียบแนวคิดทั้งสองที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงนี้หรือนำไปใช้ในสิ่งเดียวกัน ท้ายที่สุดแล้ว เราพูดว่า: "คุณมีน้ำหนักเท่าไหร่" ซึ่งในความเป็นจริงแล้ว เราหมายถึงเฉพาะคุณสมบัติเชิงปริมาณของร่างกายของเราเท่านั้น โดยไม่ได้คำนึงถึงปฏิสัมพันธ์เพิ่มเติมอื่นใดที่อาจบ่งบอกถึงการสร้างคำที่คลุมเครือดังกล่าว ดังนั้น เพื่อไม่ให้สับสนในคำจำกัดความ ควรทำความเข้าใจว่าทำไมมวลจึงมีน้ำหนักไม่ได้
กิโลกรัมที่ไม่คาดคิดมาก
ตัวเลขที่ปรากฏบนตาชั่งหลังจากนั้น เช่น ใส่ถุงสตรอเบอร์รี่ลงไปหรือพยายามจะใส่วาฬ ไม่เพียงแต่ช่วยกำหนดจำนวนเงินที่คุณต้องจ่ายเพื่อซื้อเบอร์รี่แสนอร่อย หรือค้นหาว่าวาฬตัวใหญ่เท่าจริงหรือไม่ พวกเขาบอกว่ามันเป็น แต่ยังเปิดเผยคุณสมบัติอื่น ๆ อีกมากมาย
ถ้าเรายืนยัน ภาษาวิทยาศาสตร์, ที่ มวลคือ ปริมาณทางกายภาพ ซึ่งเป็นการวัดแรงโน้มถ่วง พลังงาน และความเฉื่อยของร่างกาย ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วนำมาซึ่งคุณลักษณะบางอย่างจากมุมมองของกลศาสตร์คลาสสิก:
- มวล (m) ไม่แปรเปลี่ยน: ไม่ได้ขึ้นอยู่กับการเลือกกรอบอ้างอิง (FR) กล่าวคือ ผู้โดยสารบนรถไฟหรือเครื่องบินจะไม่ลดน้ำหนักหรือเพิ่มน้ำหนักกะทันหันในขณะที่ยานพาหนะของเขากำลังเคลื่อนที่ ทฤษฎีสัมพัทธภาพของ CO นั้นมีอยู่ในตัว เช่น ในการหาความเร็ว แต่ไม่ใช่มวล ซึ่งไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก
- มวลไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วของร่างกาย ในเวลาเดียวกัน ความเฉื่อยซึ่งเป็นคุณสมบัติของการใช้เวลาช่วงหนึ่งเพื่อเปลี่ยนความเร็ว ถูกกำหนดโดยมวล ตัวอย่างเช่น สำหรับช้าง การเร่งความเร็วในทันทีเป็นเรื่องยากมาก เขาจะทำตามขั้นตอนที่มั่นคงและสะดวกสบายสำหรับเขา และเพียงแสดงให้หนูเห็นแมว - จากนั้นเขาก็จะเห็นเขาเท่านั้น มีความเฉื่อยน้อยกว่าช้างและเปลี่ยนความเร็วได้เร็วกว่า
- นอกจากนี้ เมื่อวัตถุสองชิ้นมีปฏิสัมพันธ์กัน มวลของพวกมันจะแปรผกผันกับอัตราส่วนความเร่ง ซึ่งเป็นเรื่องของความเฉื่อยเช่นกัน การค้นพบนี้ช่วยระบุมวลของดาวเคราะห์ ดาวเทียม และวัตถุในจักรวาลอื่นๆ เนื่องจากการทำเช่นนี้ด้วยวิธีอื่นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย
- มวลคือสารเติมแต่ง: มวลทั้งหมดของร่างกายเท่ากับมวลของทุกส่วน
- กฎการอนุรักษ์มวลดำรงอยู่และบรรลุผลแล้ว - ซึ่งหมายความว่าไม่ว่ากระบวนการใดจะเกิดขึ้นในระบบที่กลมกลืนกันก็ตาม มวลรวมยังคงเหมือนเดิมเสมอ
ในเวลาเดียวกัน วัตถุใดก็ตามสามารถมีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุอื่นด้วยแรงโน้มถ่วงได้ คุณสมบัตินี้เรียกว่า มวลความโน้มถ่วงซึ่งได้รับสูตรหลักในการศึกษาแรงดึงดูด อันตรกิริยาโน้มถ่วงของวัตถุทั้งสองเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของมวลของวัตถุทั้งสอง
ไอน์สไตน์พิสูจน์ว่าวัตถุใดก็ตามที่มีมวลก็มีพลังงาน (E) ในตัวเช่นกัน หากมวลลดลงหรือเพิ่มขึ้น สิ่งเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นกับพลังงาน - E = มซ²โดยที่ c คือความเร็วแสง
และยังมีน้ำหนัก
น้ำหนัก (P) คือการวัดไม่มีอะไรมากไปกว่าแรงที่วัตถุกระทำบนสิ่งรองรับ ซึ่งเป็นผลมาจากแรงโน้มถ่วงของโลก ยิ่งไปกว่านั้น หากการรองรับเดียวกันนี้อยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงอย่างสม่ำเสมอ แสดงว่าน้ำหนักนั้น เท่ากับกำลังแรงดึงดูด – P = mg โดยที่ m คือมวลของร่างกาย g data 9.81 คือความเร่งของแรงโน้มถ่วง
พูดง่ายๆ ก็คือ น้ำหนักจะวัดว่าเราออกแรงกดบนพื้นผิวจุดที่เรายืนหรือนั่งแรงแค่ไหน
หากร่างกายเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง น้ำหนักจะถูกกำหนดโดยคำนึงถึง: P = m(g+a) - ระหว่างการเคลื่อนไหวขึ้นในแนวตั้ง P = m(g-a) - ในแนวตั้งลง
น้ำหนักเกิน (น้ำหนักเพิ่ม) – ค่อนข้าง ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจเนื่องจากอาจส่งผลต่อสภาพของบุคคลได้: มีการสูญเสียการมองเห็นในระยะสั้นหายใจลำบาก น้ำหนักเกินเกิดขึ้นกับนักบินอวกาศระหว่างการบินขึ้นและลงจอด ยานอวกาศโดยมีนักบินทำการซ้อมรบ (วนซ้ำ)
ภาวะไร้น้ำหนักเป็นสภาวะของร่างกายที่น้ำหนักเป็นศูนย์ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงให้ความเร่งเดียวกันกับร่างกายและการรองรับของมัน นี่คือสาเหตุที่น้ำหนัก "หายไป" สำหรับนักบินอวกาศขณะอยู่ในวงโคจร หากต้องการสัมผัสสิ่งนี้ คุณก็สามารถกระโดดได้ จากนั้นจะไม่มีการรองรับใต้ฝ่าเท้าของคุณ
ความแตกต่างคืออะไร?
ดังนั้น มวลไม่สามารถมีน้ำหนักได้ เนื่องจาก:
- มวลคือปริมาณเชิงปริมาณ และน้ำหนักคือแรง
- มวลมีหน่วยเป็นกิโลกรัม (SI) และน้ำหนักมีหน่วยเป็นนิวตัน
- มวลไม่มีทิศทาง แต่น้ำหนักก็มีเช่นกัน
- มวลคงที่ ในขณะที่น้ำหนักขึ้นอยู่กับการเคลื่อนไหว
ในคำพูดภาษาพูด เราคุ้นเคยกับการดำเนินการอย่างอิสระกับแนวคิดต่างๆ เช่น น้ำหนักและมวล ตามกฎแล้ว เราใช้คำแรกเกี่ยวกับคนหรืออาหาร และเราใช้คำที่สองเมื่ออธิบายยานพาหนะหนักหรืออุปกรณ์ขนาดใหญ่ แต่โดยทั่วไปแล้วเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าคำเหล่านี้มีความหมายเหมือนกัน
อย่างไรก็ตาม จากมุมมองของวิทยาศาสตร์ฟิสิกส์ มีข้อผิดพลาดในแนวทางนี้ มวลและน้ำหนักไม่เท่ากัน หน่วยที่แตกต่างกันและหมายถึงสิ่งที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง
ลักษณะสองประการของรายการ - ไม่เปลี่ยนแปลงและเปลี่ยนแปลงได้ง่าย
ในภาษาวิทยาศาสตร์ มวลคือ ทรัพย์สินถาวร ซึ่งไม่เปลี่ยนแปลงและยังคงเหมือนเดิมไม่ว่าเงื่อนไขใดๆ ถ้าจะอธิบาย. ด้วยคำพูดง่ายๆนี่เป็นแนวคิดเชิงปริมาณที่พูดถึงปริมาณสสารที่มีอยู่ในวัตถุที่กำหนด เช่น หิน ท่อนไม้ หยดน้ำ และอื่นๆ เป็นที่ชัดเจนว่าบนโลก ในพื้นที่เปิดโล่ง หรือบนดาวเคราะห์ใดๆ ตัวบ่งชี้นี้จะยังคงเหมือนเดิม
เกือบทุกอย่างในจักรวาลมีมวลอย่างน้อยบางส่วน แม้กระทั่งมวลที่น้อยมากด้วยซ้ำ สิ่งนี้ใช้ไม่ได้กับโฟตอนและกราวิตอนเท่านั้น ซึ่งเป็นอนุภาคที่ยังไม่ได้บันทึกอย่างเป็นทางการ ในความเป็นจริง ไม่มีมวลใดที่ไป "ลบ" - แม้ว่าจะสามารถสังเกตได้ที่นี่ว่าการมีอยู่ของมันได้รับอนุญาตจากการคำนวณทางคณิตศาสตร์เชิงเก็งกำไร
ในเวลาเดียวกัน น้ำหนักเป็นค่าที่ไม่คงที่มันสามารถเปลี่ยนแปลงได้และขึ้นอยู่กับเงื่อนไขโดยรอบสิ่งของที่ถ่ายโดยตรง ตามสูตร นี่คือแรงกดของร่างกายบนจุดรองรับที่มีอยู่ ดังนั้นตัวบ่งชี้จึงได้รับอิทธิพลจากแรงดึงดูดเป็นหลัก วัตถุที่นำมาศึกษาจะมีน้ำหนักแตกต่างกันบนดาวเคราะห์ดวงต่างๆ เนื่องจากแรงโน้มถ่วง เทห์ฟากฟ้าดึงดูดวัตถุที่มีจุดแข็งต่างกัน และในอวกาศซึ่งห่างไกลจากดาวเคราะห์ทุกดวง คำนี้สูญเสียความหมายไปโดยสิ้นเชิง
มีการใช้ระบบที่แตกต่างกันเพื่อบันทึกแนวคิดทั้งสอง ดังนั้น หน่วยมวลพื้นฐานคือ 1 กิโลกรัม แต่น้ำหนักจะคำนวณเป็นนิวตันตาม สูตรพิเศษ- เพื่อที่จะค้นหามัน คุณต้องค้นหาผลคูณของมวลที่ทราบอยู่แล้วและค่าของแรงโน้มถ่วง
ความแตกต่างระหว่างแนวคิดทั้งสองสามารถอธิบายได้ในอีกนัยหนึ่ง - ตรงกันข้ามกับมวล น้ำหนักมักจะถูกชี้ไปที่ใดที่หนึ่งเสมอ แต่ก็มีเวกเตอร์ที่วัตถุที่ถ่ายกระทำ
แน่นอนว่าในการพูดภาษาพูดผู้คนไม่ค่อยใส่ใจกับความแตกต่างดังกล่าว หากคุณทำผิดพลาดและใช้คำหนึ่งแทนคำอื่นในการสนทนาปกติ ก็จะไม่มีความเข้าใจผิดเกิดขึ้น แต่สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าสิ่งเหล่านี้หมายถึงอะไร แนวคิดทางกายภาพในความเป็นจริง. ในหลายกรณี เมื่อเราพูดถึงคำว่า "น้ำหนัก" เราจะพูดถึงมวล - เช่นเดียวกับในทางกลับกัน